熱處理工藝----讓你一看就明白

什么叫熱處理？

將固態金屬通過特定的加熱和冷卻方法，使之獲得工程上所需性能的一種工藝過程的總稱，它包括加熱、保溫和冷卻三個階段。下圖為熱處理工藝示例。

熱處理共有四把火：退火、正火、淬火、回火。在緊固件生產加工過程中使用到：退火、淬火、回火。

第一把火

退火：加熱到適當溫度—保溫—緩慢冷卻。下圖為退火工藝示例。

退火目的：

1）降低硬度，便于切削加工。

2）消除鍛、鑄、焊接件的組織缺陷

3）細化晶粒，改善組織，作為預備熱處理為最終熱處理作準備。

4）消除應力，防止變形和開裂。

緊固件退火工序主要在冷鐓前，主要的作用是細化晶粒、改善組織，消除應力，防止冷鐓開裂。球化退火金相組織見下圖。

第二把火和第三把火是聯合起來使用的。一般在緊固件件行業中通常稱為調質處理。調質處理即淬火加回火的熱處理工藝，以獲得回火索氏體組織，其中滲碳體呈顆粒狀均勻分布。以期獲得良好的綜合機械性能。

淬火：加熱到適當溫度—保溫—在油淬冷介質中快速冷卻。下圖為淬火瞬間冷卻階段示意圖。

注意：為了防止淬火裂紋的產生，緊固件不推薦使用水作為冷卻介質。

淬火的目的：

1）獲得馬氏體組織，提高硬度、強度和耐磨性；

2）減少內應力，避免變形和開裂；

3）與隨后的回火工序結合，使零件獲得良好的綜合機械性能；

淬火后零件的組織（馬氏體）：

回火：加熱至高于室溫而低于650℃的某一適當溫度—長時間保溫—冷卻

目的：增加韌性、增加尺寸穩定性、減少淬火應力

對于緊固件產品，我們需要在熱處理工藝控制那些產品性能？

? 　硬度：表面/芯部

? 　強度: 抗拉強度/保證載荷

? 　顯微結構

? 　脫碳、滲碳

那么問題來了：

1、熱處理過程怎么控制？

1、1材料/零件：成份、晶粒度、淬透性

1、2裝料：數量/重量/布局

1、3溫度設定：每個區循環

1、4周期時間：加熱/保溫/淬火

1、5氣氛：碳勢/氣體流量

1、6淬火/回火延時時間

1、7淬火介質溫度/特性

2、熱處理設備

2、1氣氛流量控制：流量計，碳勢控制：氧探頭

2、2溫度控制：熱電偶

2、3儀表：面板控制，多點控監測，電腦控制系統。

3、淬火油分析：冷卻曲線、粘度、含水量、閃點、懸浮固體、總酸度

緊固件熱處理時做好四點，高質量順理成章

緊固件的熱處理，除了一般的質量檢查和控制外，還有一些特殊的質量檢查和控制，掌握如下四個要點，以完成高質量緊固件熱處理。

1.脫碳與滲碳

在大批量熱處理生產過程中，金相法也好，顯微硬度法也好，只能是定時抽檢。因為其檢查時間長，成本高。

為了及時判斷爐子的控碳情況，可以用火花檢測和洛氏硬度檢測對脫碳和滲碳作初步的判斷。火花檢測是把淬過火的零件，在砂輪機上由表及里輕輕磨火花判別表層和心部的碳量是否一致。當然這要求操作者要有熟練的技巧和火花鑒別能力。

洛氏硬度檢測是在六角螺栓的一個側面上進行。先把淬過火的零件的一個六角平面用砂紙輕輕磨光，測第一次洛氏硬度。然后再把這個面在砂輪機上磨去0.5mm左右，再測一次洛氏硬度。如果兩次的硬度值基本相同，說明既不脫碳、也不滲碳。前次硬度低于后次硬度時，說明表面脫碳。前次硬度高于后次時，說明表面滲碳。在一般情況下，兩次硬度差在5HRC以內時，用金相法或顯微硬度法檢查時，零件的脫碳或滲碳基本在合格范圍內。

2.硬度與強度

在螺紋緊固件檢測中，不能簡單的根據硬度值，查有關手冊，折合成強度值。這中間有一個淬透性因素的影響。因為國家標準GB3098.1和國家標準GB3098.3中規定仲裁硬度是在零件橫截面的1/2半徑處測量。拉力試樣也是從1/2半徑處截取。因為不排除零件的中心部分有低硬度、低強度部分存在。

一般情況下，材料的淬透性好，螺桿部橫截面上硬度能均勻分布。只要硬度合格，強度和保證應力也能達到要求。但是當材料的淬透性差時，雖然按規定的部位檢查，硬度是合格的，但強度和保證應力往往達不到要求。尤其是表面硬度趨于下限時。

為了把強度和保證應力控制在合格范圍內，往往提高硬度的下限值。如8.8級的硬度控制范圍：對M16以下的規格為26~31HRC，M16含以上的規格為28~34HRC為宜；10.9級控制在36~39HRC為宜。10.9級以上則又另當別論。

3.再回火試驗

8.8~12.9級的螺栓、螺釘和螺柱，應根據實際生產中的最低回火溫度低10℃保溫30min的再回火試驗。在同一試樣上，試驗前后三點硬度平均值之差不得超過20HV。

再回火試驗可以檢查因淬火硬度不足，用過低的溫度回火來勉強到達規定的硬度范圍的不正確操作，保證零件的綜合力學性能。特別是低碳馬氏體鋼制造的螺紋緊固件，采用低溫回火，盡管其它力學性能可以達到要求，但測量保證應力時，殘余伸長量波動很大，遠遠大于12.5um。而且在某些使用條件下會發生突然的斷裂現象。在一些汽車及建筑用螺栓中，已出現過突然斷裂的現象。當采用最低回火溫度回火后，可降低上述現象。但是用低碳馬氏體鋼制造10.9級螺栓時，應當特別慎重。

4.氫脆的檢查

氫脆的敏感性隨緊固件的強度增加而增加。對于10.9級及以上的外螺紋緊固件或表面淬硬的自攻螺釘以及帶有淬硬鋼制墊圈的組合螺釘等電鍍后應進行除氫處理。

除氫處理一般是在烘箱或回火爐中，在190~230℃下保溫4h以上，使氫擴散出來。

螺紋緊固件可用旋緊的辦法，在專用夾具上，旋到使螺桿承受相當保證應力的拉力下，保持48h，松開后螺紋緊固件不產生斷裂。這種方法就作為氫脆的檢查方法。

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